橡膠復合改性瀝青混凝土在降噪路面建設中的應用

魏翰超，賀 丹，侯宇星

（1.黑龍江省中信路橋材料有限公司，黑龍江 哈爾濱 150317；2.達城綠色建筑股份有限公司，黑龍江 哈爾濱 150000）

1 研究背景

隨著我國國民經(jīng)濟的持續(xù)增長和城鎮(zhèn)化水平的日益提高，社會各界對道路橋梁等基礎設施工程的建設質(zhì)量和使用功能提出了更高的要求。隨著城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，越來越多的老城區(qū)進行改擴建，高架橋交通疏解工程建設的增加，對傳統(tǒng)瀝青路提出了諸如抗車轍、環(huán)保、降噪、除冰雪等更多的使用功能要求，尤其對橋面鋪裝層的降噪功能提出了更高的要求。因此，針對降噪瀝青混凝土路面材料的研究越來越多的成為道路設計工作者的工作方向。

2 技術方案設計

使用特殊的道路建設材料和道路結構鋪筑降噪路面，是降低道路噪聲的有效手段之一。目前國內(nèi)實現(xiàn)道路鋪裝層低噪聲可分為三個方向，一是采用多空隙OGFC透水瀝青混凝土路面，二是采用小粒徑超薄瀝青混凝土路面，混合料公稱粒徑通常為9.5mm，鋪裝厚度一般為2cm-2.5cm，三是采用橡膠瀝青路面技術。

由于東北地區(qū)特殊氣候環(huán)境和冬季器械除冰雪等特點，多空隙瀝青混凝土路面在凍融循環(huán)的作用下，容易出現(xiàn)脫落、破損等早期損害。哈爾濱地區(qū)年平均降雨量一般在500mm-600mm，在低降雨條件下，多空隙瀝青混凝土路面空隙會逐年被堵塞，進而逐步喪失空隙吸收的效果，因此并不適用于哈爾濱地區(qū)。

與其他路面材料相比，橡膠瀝青混凝土路面具有更好的高、低溫路用性能，更優(yōu)異的耐久性和抗疲勞性能；由于其高黏度高回彈的特質(zhì)，橡膠瀝青路面在降噪效果上，也遠遠好于其他結構的路面。

通過對哈爾濱地區(qū)在2011 年左右修筑的多條橡膠瀝青路面進行道路檢測發(fā)現(xiàn)，在未經(jīng)過大規(guī)模養(yǎng)護的情況下橡膠瀝青混凝土路面與同一時期修筑的普通SBS 改性瀝青路面相比，未出現(xiàn)明顯的車轍、裂縫、坑槽等病害，同時行車舒適度及道路噪聲也遠遠小于其他路面。

因此綜合各方面因素，在安陽路高架橋降噪路面項目中采用橡膠瀝青混合料作為橋梁面層鋪裝材料。

表1 AR-SMA-13 路用性能指標1

3 原材料技術指標

3.1 瀝青膠結料的選擇

目前橡膠瀝青根據(jù)生產(chǎn)工藝及路用性能主要分為廢胎膠粉橡膠瀝青、改性膠粉橡膠瀝青和聚合物膠粉復合改性瀝青三大類。針對這三種不同工藝的橡膠瀝青進行對比發(fā)現(xiàn)，聚合物膠粉復合改性瀝青采用SBS 等聚合物+橡膠粉共同對瀝青進行改性，其高溫性能和低溫性能均遠超過常規(guī)的膠粉改性橡膠瀝青和聚合物改性瀝青，兼具SBS 改性瀝青良好的低溫延度的同時（5℃延度超過30cm，與聚合物改性瀝青性能接近），通過SBS 與橡膠顆粒的復配大幅度地提升了瀝青的高溫性能，使改性瀝青的軟化點可以超過75℃。同時與傳統(tǒng)的橡膠瀝青相比，離析軟化點差可以控制在3℃以內(nèi)，確保了不會由于橡膠瀝青的離析分層使混合料路用性能產(chǎn)生波動變化。

綜合考慮不同材料路用性能差異，項目最終選用北京中石油燃料油研究院研發(fā)的第四代抗裂環(huán)保型聚合物膠粉復合改性瀝青作為首選方案。

3.2 纖維選擇

SMA 瀝青瑪蹄脂碎石混合料中通常采用的是木質(zhì)素纖維，這種纖維除能夠吸附自由瀝青增加油膜厚度外，對SMA 混合料各項路用性能提升效果不明顯，而且與聚合物纖維相比，木質(zhì)素纖維在混合料中分散性較差，容易由于拌合分散效果不好造成路面油斑現(xiàn)象。

為了進一步增加SMA 混合料高溫抗車轍與低溫抗裂性，最終采用聚丙烯晴纖維代替?zhèn)鹘y(tǒng)的木質(zhì)素纖維。

4 混合料設計級配優(yōu)選

4.1 配合比設計優(yōu)選

針對復合橡膠瀝青特性和橋面工程瀝青混合料攤鋪壓實特點，項目級配針對2.36 關鍵篩孔通過率，分別選擇了18、21、24 三種不同通過率混合料性能試驗，通過對粗集料骨架間隙率VCAmin、礦料間隙率VMA、瀝青飽和度VFA、混合料孔隙率等多個指標的綜合分析，最終采用了更接近SMA 上限的級配曲線，2.36mm 篩孔通過率取25%，4.75mm 篩孔通過率取值32%。

4.2 礦粉用量

SMA-13 通常采用10%以上礦粉用量，以確保更高的瀝青用量，而采用聚合物復合瀝青的SMA 混合料，由于瀝青的超高粘度特性，可以在相對較低的礦粉用量下（復合改性SMA-13 的礦粉用量采用8%），仍然確保較高的瀝青用量而不產(chǎn)生自由瀝青。通過對膠粉聚合物復合改性瀝青AR-SMA-13 析漏實驗，在瀝青含量達到6.8%后，析漏實驗結果為0.08%，符合設計規(guī)程要求。

4.3 混合料技術指標

項目采用馬歇爾方法進行膠粉聚合物復合改性瀝青AR-SMA-13 混合料的配合比試驗，最終確定的瀝青混合料最佳瀝青含量為6.5%?；旌狭下酚眯阅苤笜嗽斠姳?。

采用環(huán)?？沽严鹉z瀝青的AR-SMA-13 混合料高溫抗車轍性能達到9000 次/mm 以上，甚至超過了部分摻加高模量抗車轍劑的改性瀝青混凝土指標，而且低溫彎曲破壞應變指標也能達到3240，并未出現(xiàn)一般摻加抗車轍瀝青混凝土常見的高溫抗車轍指標高，低溫抗裂性差的現(xiàn)象。

5 低溫施工質(zhì)量控制

項目施工季節(jié)為10 月底至11 月初，混合料生產(chǎn)和攤鋪施工時氣溫為5℃至-10℃。

由于SMA 混合料本身具有高礦粉用量、高瀝青含量和摻加纖維材料的特點，混合料自身粘稠度高，而且在冬季低溫氣候下，運輸、攤鋪及碾壓過程如果混合料降溫過快，路面更加難以壓實。

由于橡膠瀝青中橡膠顆粒吸附瀝青中的飽和酚和芳香分等軟質(zhì)成分，因此具有遠超普通改性瀝青的抗老化特性，針對橡膠瀝青的特點，在生產(chǎn)過程中提高了混合料各項溫度，復合改性瀝青加熱溫度提升至190～195℃，ARSMA-13 混合料拌合出料溫度控制在190℃～195℃之間。

通過對多輛混合料運輸車的跟蹤觀測，在室外氣溫接近-10℃的條件下，50 噸運輸車在5 小時的等待時間內(nèi)，混合料的平均溫度下降15℃±3℃，攤鋪時溫度可以達到175℃，碾壓溫度可以達到155℃，滿足聚合物復合改性瀝青混合料施工溫度要求。

6 使用效果分析

（1）抗裂環(huán)保聚合物復合改性瀝青，由于生產(chǎn)過程添加脫硫化效果更好，同時添加抑制有害物質(zhì)排放的添加劑，因此與普通橡膠瀝青相比，在混合料較高溫度情況下，有害氣體的排放量顯著降低，對施工人員身體健康和環(huán)境的影響更低。

（2）采用聚合物橡膠復合改性瀝青混合料，生產(chǎn)、運輸及施工的溫度要求高于普通改性瀝青混合料10℃-20℃；在采用安邁-4000 型設備生產(chǎn)條件下，由于復合改性瀝青的高粘度特性，生產(chǎn)效率與傳統(tǒng)SMA 混合料相比，生產(chǎn)時間增加10%左右，通常情況下每小時產(chǎn)能約為180 噸。

（3）與普通路面相比，采用聚合物復合改性橡膠瀝青修筑的降噪路面，顏色觀感更黑，在噴涂完白色道路標志標線后，道路呈現(xiàn)更好的層次感和更好的感官舒適感。

（4）采用聚合物復合改性橡膠瀝青修筑的降噪路面，與采用普通改性瀝青材料的同一路段相比，路面噪聲平均下降了3-5 分貝，相當于交通量降低60%或車速下降50%帶來的噪聲降低。

7 結束語

在日趨增大的功能性路面需求下，升級型的抗裂環(huán)保聚合物橡膠復合改性瀝青混合料兼具環(huán)保低溫和出色的路用性能，在北方地區(qū)的城市建設中具有良好的推廣前景。